专利名称：流体闭环式一体化在线液体密度变送器的制作方法
技术领域：
本发明属于一种流体闭环式一体化在线液体密度变送器，适用于管道和罐 内流动液体和静态液体的密度测量。
技术背景液体密度的测量可以为工艺设计提供数据、推测物质的纯度、快速确定物 质的浓度等。在许多液体产品的中间控制和成品检验中，密度是一项重要的指 标。密度传统测量主要通过分别测量单位液体的质量和体积，常用有三种方法，分别是密度瓶称重法、密度计法、u型管法，上述方法大多靠人工来完成，不仅工作量大，还经常因为人为因素造成数据错误，同时取样时的温度和测量时的 温度存在一定误差，无法准确测量现场液体的实际情况，温差越大，密度实际值和测量值差距越大；还有现场温度、压力时实时变化的，而上述测量方式无 法在线随时了解液体状态，严重制约企业自动化水平的提升。此外，液体在流动过程中会产生波动，波动会导致在线采集的数据发生偏 差，进而使计算出来的密度值呈现跳跃式变化，无法获得平滑的数据曲线。发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种避免人为误差和介质温 度对密度测量的影响，同时满足工业自动化的要求，测量精度高、介质广、可 靠性强、测量范围宽，并可实现远程监控和维护的流体闭环式一体化在线液体 密度变送器。本发明的目的可以通过下述的技术方案来实现流体闭环式一体化在线液体密度测试变送器，主要由密度探头和输出显示 通信表头组成，其特征在于在密度探头上设置有精密差压传感器和温度传感 器，表头上有、温度补偿器、密度闭环计算和温度补偿处理器、液晶显示控制 系统、数据实时显示装置和为变送器提供电源的接口，密度探头上的精密差压 传感器与差压采样电子电路相连，差压采样电子电路的输出信号送入密度闭环 计算和温度补偿处理器，密度闭环计算和温度补偿处理器的显示信号经液晶显 示控制器送入显示器，密度闭环计算和温度补偿处理器的输出信号一路经D/A 转换输出4 20mA标准信号，另一路经信号调制电路输出按照HART协议进行通 信信号，温度传感器的采样信号经温度补偿器送入密度闭环计算和温度补偿处 理器。本发明的目的还可以通过下述的技术方案来实现精密差压传感器的主板为差压采样输入板，差压采样输入板采用桥式电路通过两个隔膜测量压力，两个隔膜为ltt通道压力膜片和2ft通道压力膜片，压力 通过1#通道压力膜片和2tt通道压力膜片后将管道内的液体传递到精密差压传感 器内，精密差压传感器将压力信号转换为电信号后，输入到差庄采样输入板内 的差压采样电子电路将电信号转换为微处理器板可读的信号；温度传感器由温度补偿器板组成，温度补偿器板通过三极管和可调电阻对 环境温度的线性误差、非关量误差进行校正，校正后的温度值传送到微处理器 板；密度闭环计算和温度补偿处理器板通过扁平电缆与差压采样输入板和温度 补偿器板连接，密度闭环计算和温度补偿处理器板包括80C196微控制器和 PSD301可编程外围器件，PSD301上有用户可配置逻辑电路、内部锁存器、可编 程地址译码器、1/0端口、 EPROM和SRAM,包括80C196微控制器和PSD301可编 程外围器件(PSD301将用户可配置逻辑电路、内部锁存器、可编程地址译码器、 1/0端口、 EPROM和SRAM都集成一个器件上，使变送器体积更小，集成度更高)， 能够输出标准r20mA电流信号。同时包括电源电路给系统其他部分供电，还有 由通讯传送装置和线路驱动器/接收器组成的通信硬件，按照HART协议将数据 馈送到生产过程控制网。液晶显示控制板与处理器板通过扁平电缆连接，将处理后的密度和温度数 据显示到双四位数字LCD上。本发明的密度探头为长形的杆体，2ft通道压力膜片设置在密度探头下部的 杆体上，1#通道压力膜片设置在2#通道压力膜片上部的杆体上，在1#通道压力 膜片和2#通道压力膜片之间的杆体上设置温度传感器，在密度探头上设置有保 护密封管，密度探头的上部有连接法兰，在连接法兰上部安装有差压传感器及 差压传感器保护套，差压传感器保护套上安装液晶显示屏。本发明的工作原理如下本发明是一种运用液体内部压强与液体深度、液体密度成正比的原理，包 括精密差异传感器和专业采样、闭环控制计算集成电路板和配套专一的温度补 偿器。差压传感器通过测量不同压力管道的压力差，经差压采样电子电路采样 并进行模数转换传送到处理器。现场介质温度通过温度传感器传送到温度补偿 器内，通过补偿后的温度信号传送到处理器。密度闭环控制计算和温度补偿处 理器是变送器的核心部分，它通过密度闭环控制计算和温度补偿计算后， 一方 面数字信号通过液晶显示控制器，将当前密度和介质温度显示到带双四位数字 显示屏的仪表表头，另一方面通过数模转换将数字信号转换为标准4 20mA电流 信号，用于远程二次仪表显示和PLC采集，，同时也可经过信号调制，将通信信 号按照HART协议进行传送，便于对变送器进行远程监控和维护。使用者可根据现场使用条件和实际情况选择上述三种方式中任一种或多种方式对密度进行测 量。两线制的电源提供不仅接线方便还节省安装成本。 本发明与现有技术相比具有如下的优点(1) 计算的输出值作为输入值的一部分，使输出值曲线更加平滑，避免由 液体在流动过程中波动而产生的偶然误差。(2) —体化结构的两线制变送器，将传感器、变送器合二为一，无活动部 件，接线简单、维护方便。(3) 温度补偿器可将温度变化对密度的影响大大降低。(4) 连续在线测量，无过程中断，可直接用于生产过程控制。(5) 安装使用方便，插入液体即可在双四位数字液晶屏上显示密度和温度， 无需定期取样和人工操作。(6) 介质广，本安型可用于危险环境，卫生型可安装于食品、医药生产等现场。
图l是本发明的原理框2是本发明的外形结构图具体实施方式
如图l——2所示流体闭环式一体化在线液体密度测试变送器，主要由密度探头和输出显示通信表头组成，其特征在于在密度探头上设置有精密差压 传感器和温度传感器，表头上有、温度补偿器、密度闭环计算和温度补偿处理 器、液晶显示控制系统、数据实时显示装置和为变送器提供电源的接口，密度 探头上的精密差压传感器与差压采样电子电路相连，差压采样电子电路的输出 信号送入密度闭环计算和温度补偿处理器，密度闭环计算和温度补偿处理器的 显示信号经液晶显示控制器送入显示器，密度闭环计算和温度补偿处理器的输 出信号一路经D/A转换输出4 20mA标准信号，另一路经信号调制电路输出按照 HART协议进行通信信号，温度传感器的采样信号经温度补偿器送入密度闭环计 算和温度补偿处理器。精密差压传感器的主板为差压采样输入板，差压采样输 入板采用桥式电路通过两个隔膜测量压力，两个隔膜为1#通道压力膜片1和2# 通道压力膜片2，压力通过1#通道压力膜片1和2#通道压力膜片2后将管道内 的液体传递到精密差压传感器内，精密差压传感器将压力信号转换为电信号后, 输入到差压采样输入板内的差压釆样电子电路将电信号转换为微处理器板可读 的信号；温度传感器由温度补偿器板组成，温度补偿器板通过三极管和可调电 阻对环境温度的线性误差、非关量误差进行校正，校正后的温度值传送到微处 理器板；密度闭环计算和温度补偿处理器板通过扁平电缆与差压采样输入板和温度补偿器板连接，密度闭环计算和温度补偿处理器板包括80C196微控制器和 PSD301可编程外围器件，PSD301上有用户可配置逻辑电辟、内部锁存器、可编 程地址译码器、1/0端口、 EPROM和SRAM，包括80C196微fe制器和PSD301可编 程外围器件(PSD301将用户可配置逻辑电路、内部锁存器、可编程地址译码器、 1/0端口、 EPROM和SRAM都集成一个器件上，使变送器体积更小，集成度更高)， 能够输出标准4 20mA电流信号。同时包括电源电路给系统其他部分供电，还有 由通讯传送装置和线路驱动器/接收器组成的通信硬件，按照HART协议将数据 馈送到生产过程控制网。液晶显示控制板与处理器板通过扁平电缆连接，将处 理后的密度和温度数据显示到双四位数字LCD上。本发明的外形结是密度探 头为长形的杆体，2#通道压力膜片2设置在密度探头下部的杆体上，1#通道压 力膜片1设置在2ft通道压力膜片2上部的杆体上，在1#通道压力膜片1和2tt 通道压力膜片2之间的杆体上设置温度传感器4，在密度探头上设置有保护密封 管3，密度探头的上部有连接法兰5，在连接法兰5上部安装有差压传感器及差 压传感器保护套6，差压传感器保护套6上安装液晶显示屏7。如上所述本发明设计由四块主板组成，第一块主板为差压采样输入板， 采用桥式电路通过两个隔膜测量压力，压力通过1#和2tt通道压力膜片后管道内 液体传递到精密差压传感器内，精密差压传感器将压力信号转换为电信号后， 输入板内的差压采样电子电路将电信号转换为微处理器板可读的信号。第二块板为温度补偿器板，通过三极管和可调电阻对环境温度的线性误差、 非关量误差进行校正，校正后的温度值传送到微处理器板。第三块板为密度闭环计算和温度补偿处理器板，处理器板通过扁平电缆与 差压采样输入板和温度补偿器板连接，将输出信号进行分析、计算，该板是整 个变送器的核心，包括80C196微控制器和PSD301可编程外围器件(PSD301将 用户可配置逻辑电路、内部锁存器、可编程地址译码器、I/O端口、 EPROM和SRAM 都集成一个器件上，使变送器体积更小，集成度更高)，包括80C196微控制器 和PSD301可编程外围器件(PSD301将用户可配置逻辑电路、内部锁存器、可编 程地址译码器、1/0端口、 EPROM和SRAM都集成一个器件上，使变送器体积更 小，集成度更高)，能够输出标准4 20mA电流信号。同时包括电源电路给系统 其他部分供电，还有由通讯传送装置和线路驱动器/接收器组成的通信硬件，按 照HART协议将数据馈送到生产过程控制网。第四块板为液晶显示控制板，它与处理器板通过扁平电缆连接，将处理后 的密度和温度数据显示到双四位数字LCD上。上述四块集成电路板均安装在表头内，使整个变送器混为一体。
权利要求
1. 流体闭环式一体化在线液体密度测试变送器，主要由密度探头和输出显示通信表头组成，其特征在于在密度探头上设置有精密差压传感器和温度传感器，表头上有、温度补偿器、密度闭环计算和温度补偿处理器、液晶显示控制系统、数据实时显示装置和为变送器提供电源的接口，密度探头上的精密差压传感器与差压采样电子电路相连，差压采样电子电路的输出信号送入密度闭环计算和温度补偿处理器，密度闭环计算和温度补偿处理器的显示信号经液晶显示控制器送入显示器，密度闭环计算和温度补偿处理器的输出信号一路经D/A转换输出4~20mA标准信号，另一路经信号调制电路输出按照HART协议进行通信信号，温度传感器的采样信号经温度补偿器送入密度闭环计算和温度补偿处理器。
2、 根据权利要求1所述的流体闭环式一体化在线液体密度测试变送器，其 特征在于精密差压传感器的主板为差压采样输入板，差压采样输入板采用桥 式电路通过两个隔膜测量压力，两个隔膜为1#通道压力膜片(1)和2#通道压 力膜片(2)，压力通过1#通道压力膜片(1)和2#通道压力膜片(2)后将管道 内的液体传递到精密差压传感器内，精密差压传感器将压力信号转换为电信号 后，输入到差压采样输入板内的差压采样电子电路将电信号转换为微处理器板 可读的信号；温度传感器由温度补偿器板组成，温度补偿器板通过三极管和可调电阻对 环境温度的线性误差、非关量误差进行校正，校正后的温度值传送到微处理器 板；密度闭环计算和温度补偿处理器板通过扁平电缆与差压采样输入板和温度 补偿器板连接，密度闭环计算和温度补偿处理器板包括80C196微控制器和 PSD301可编程外围器件，PSD301将用户可配置逻辑电路、内部锁存器、可编程 地址译码器、1/0端口、 EPROM和SRAM都集成一个器件上，可输出标准4 20mA 电流信号，由通讯传送装置和线路驱动器/接收器组成的通信硬件，按照HART 协议将数据馈送到生产过程控制网，液晶显示控制板与处理器板通过扁平电缆连接，将处理后的密度和温度数 据显示到双四位数字LCD上。
3、 根据权利要求2所述的流体闭环式一体化在线液体密度测试变送器，其 特征在于密度探头为长形的杆体，2tt通道压力膜片(2)设置在密度探头下部 的杆体上，1#通道压力膜片(1)设置在2#通道压力膜片(2)上部的杆体上， 在ltt通道压力膜片(1)和2ft通道压力膜片(2)之间的杆体上设置温度传感器(4)，在密度探头上设置有保护密封管(3)，密度探头的上部有连接法兰(5)， 在连接法兰(5)上部安装有差压传感器及差压传感器保护套(6)，差压传感器 保护套(6)上安装液晶显示屏(7)。
全文摘要
本发明属于一种流体闭环式一体化在线液体密度变送器，适用于管道和罐内的流动液体和静态液体的密度测量，本发明包括精密差异传感器和专业采样、闭环控制计算集成电路板和配套专一的温度补偿控制器，差压传感器通过测量不同压力管道的压力差，经模数转换和闭环控制计算，并通过温度补偿后，将密度和介质温度显示到带双四位数字显示屏的仪表表头，并可按照HART协议进行远程监控和维护。
文档编号G01N9/00GK101271054SQ20081005491
公开日2008年9月24日 申请日期2008年4月30日 优先权日2008年4月30日
发明者马兆辉 申请人:马兆辉